Nikkei Automotive_2019.9 Features 해설 (p72-77)

자동차 'Hands Off' 운전 기능의 미래
센서와 AI기술 등의 발전

고속도로 위의 동일 차선 내에서 핸즈오프 운전 기능의 실용화가 이어지고 있다. 2019년 여름 이후, 닛산자동차나 독일 BMW 등이 도입을 결정했다. 열기를 띠고 있는 각 사의 ADAS(첨단 운전자 지원 시스템)의 개발 경쟁에 부응하듯 부품업체는 가일층의 기능 향상을 위한 신기술을 제안하고 있다.

“고속도로 위에서의 동일 차선 내 핸즈오프, 내비 연동 루트 주행에 의한 차선 변경이 가능한 세계 첫 운전지원 기능이다”. 닛산의 부사장이며 제품 개발을 통괄하는 나카구로(中畔) 씨는 자신 있게 말한다. 닛산은 19년 가을에 제2세대 ADAS ‘프로파일럿 2.0’을 신형 ‘스카이라인’에 탑재한다.

그래도 닛산의 개발진은 “프로파일럿은 진화 도중이다”라고 말한다. 지금은 고속도로에서만 작동하는 운전지원 기능에 국한되어 있고, 가일층의 정밀도 향상이나 시가지에 대한 대응 등 발전가능성이 아직 충분히 있기 때문이다.

운전지원에서 자율주행으로. 성능 향상을 위해 자동차업체나 부품업체는 개발을 서두르고 있다. 19년 5월에 개최된 자동차기술 종합전시회 ‘사람과 자동차의 테크놀로지전 2019 요코하마’에서는 (1) 운전자의 상태를 감시하는 모니터링 기술, (2) 차량 주변의 상황을 감시하는 센서, (3) 신뢰성을 높이는 다중화(Redundancy) 시스템의 3개 영역에서 제안이 이어졌다.

전시회에서는 전동차량용 부품도 눈에 띄었다. 연비 규제의 강화를 사업 기회로 보고 있는 각 업체들은 실용화가 눈앞에 다가온 전동파워트레인이나 배터리 등을 부스에 전시했다.

-- 닛산이 프로파일럿 부품을 쇄신 --
닛산자동차 AD/ADAS 선행기술개발부의 이지마(飯島) 부장은 “현재 도입할 수 있는 최고 수준의 기술을 전부 담았다”라고 말한다. 이지마 부장의 말처럼 프로파일럿2.0은 현행 시스템에서 주요 부품을 쇄신했다. 전방 감시용 카메라나 ADAS용 ECU(전자제어유닛)의 서플라이어는 현행 시스템과 같지만, 내장하는 처리 반도체를 중심으로 최첨단 부품으로 바꿨다.

전방 감시용 카메라는 3안으로, 독일 ZF 제품이다. 내장하는 이미지처리 칩은 이스라엘 Mobileye의 최신판 ‘EyeQ4’다. 이 칩은 BMW나 중국의 전기자동차(EV) 벤처기업인 NIO 등에서 채용된 사례가 있지만, 일본의 자동차업체가 EyeQ4를 사용하는 것은 닛산이 처음이다. 기존 시스템의 경우는 ‘EyeQ3’를 내장하는 단안카메라였다.

EyeQ4로 인식한 선행 차량이나 백선 등의 정보는 ADAS용 ECU에 전달된다. Hitachi Automotive Systems 제품으로, 내장하는 차량탑재 SoC(System On Chip)는 Renesas Electronics의 ‘R-Car’다. 히타치오토모티브는 채용한 R-Car의 종류를 밝히지 않고 있지만, 담당자는 “현행의 프로파일럿에서 처리 능력을 대폭으로 높인 SoC를 채용했다”라고 말한다.

-- 도요타는 심층학습으로 각성도를 추정 --
(1) 도요타자동차는 운전자의 상태를 감시하는 모니터링 기술에 있어서, 닛산을 초월하는 정밀도를 목표로 개발을 추진하고 있다. 심층학습 기술을 사용해 운전자의 각성 정도를 추정하는 시스템을 개발했다.

특징은 운전자가 자각하기 전의 시점에서 각성도가 저하되는 징후를 감지할 수 있다는 점이다. 얼굴 표정과 동작 변화를 실시간으로 파악해 복합적으로 추정함으로써 사람은 알아차리지 못하는 변화를 파악할 수 있다.

(2) 차량 주변의 상황을 감시하는 센서에 관해서는 “양산차에 대한 채용을 목표하고 있으며, 센서의 종류를 가능한 줄여 시스템 비용을 억제하는 것이 중요하다”(히타치오토모티브 야마아시(山足) 기술개발본부장). 카메라와 밀리파 레이더, 3차원 LIDAR(레이저 레이더)의 최적 조합을 모색한다.

히타치오토모티브가 적극적으로 판매하는 것은 소형 스테레오 카메라다. 스즈키의 소형차 ‘솔리오’에 채용되고 있는 제2세대 제품이다. 이미지인식 프로세스에 기계학습을 적용해 야간의 인식 성능을 높였다. 또한 기존 제품과 비교해 50% 이상의 소형 경량화를 실현했다.

밀리파 레이더의 경우는 독일 Bosch나 후루카와에이에스(古河AS) 등이 신형 제품을 준비하고 있다. Bosch는 밀리파 레이더의 ‘제5세대 제품’을 19년 내에 양산한다. 교차로에서의 사고를 예방할 수 있도록 감지 범위를 확대했다. 수평방향의 감지각을 120도까지 넓혔다. 기존 제품은 90도였다. 방위 분해능도 높여 3도로 하였다. 기존 제품은 7도. 사용하는 주파수대역은 77GHz대다.

후루카와에이에스는 24GHz대를 사용하는 펄스 방식의 준밀리파 레이더의 제2세대 제품을 개발했다. 17년에 양산한 기존 제품에서 속도 분해능을 높여, “천천히 걷고 있는 사람도 인식할 수 있도록 한 것이 특징이다”(개발담당자). 21년의 양산을 목표하고 있다.

-- LiDAR 개발, 벤처기업도 활발 --
LiDAR는 대형 부품업체뿐 아니라 벤처기업도 활발하게 개발하고 있다. 예를 들면 독일 Blickfeld는 광학적∙전자적인 아이디어에 의해, 200m까지 멀리 떨어진 곳의 이미지를 고정밀도로 얻을 수 있는 기술을 확립했다고 한다. 특징은 레이저광의 주사(走査)에 1cm가 넘는 대형 미러를 사용하는 것이다. MEMS 미러형은 일반적으로 수 mm인 경우가 많다.

벨기에의 XenomatiX는 2종류의 LIDAR을 라인업한다. 자동차에 내장해 주변을 공간 인식하기 위한 ‘XenoLidar’와, 루프 등에 설치해 노면의 요철을 계측하기 위한 ‘XenoTrack’dl다. 2종류 모두 가동부가 없기 때문에 신뢰성을 높이기 쉽고, 양산 시에 저비용화하기 쉬운 Mechaless형이다.

센서의 성능을 이끌어내기 위해서는 세정 시스템이 필요해진다. 주변 감시용 센서에 더러움이나 눈 등이 부착하면 인식 능력이 저하될 우려가 있기 때문이다. 무라카미카이메이도(村上開明堂)는 따뜻한 워셔액을 분사하는 시스템을 개발했다. 50도의 따뜻한 워셔액으로 쉽게 세정할 수 있도록 했다.

-- 스티어링 축 사용하지 않고 다중화 --
(3) 신뢰성을 높이는 다중화(Redundancy) 시스템의 경우는, Showa가 Steer by Wire(SBW) 기술을 출전했다. SBW는 타이어와 스티어링을 기계적으로 연결하지 않고, 모터로 전기적으로 타이어 각도를 바꾸는 기술이다. 이미 닛산이 신형 스카이라인에 탑재하고 있다. 그러나 닛산이 채용하는 가야바(KYB)의 시스템은, 다중성을 확보하기 위해 스티어링 축을 사용해 스티어링과 타이어를 물리적으로 접속하는 기구로 되어 있다.

그러나 Showa의 개발품은 스티어링 측에 설치하는 ‘반동력 액추에이터’와, 조타 측에 설치하는 ‘조타 액추에이터’의 2개 시스템으로 구성, 쌍방을 와이어 하네스로 접속한다. 액추에이터를 2중화함으로써 스티어링 축을 사용하지 않고 다중성을 확보한 것이 특징이다. 20년대 중반 이후의 제품화를 목표하고 있다.

-- 히타치오토모티브가 Audi의 수주 획득 --
이번 전시회에서는 전동차량용 부품도 눈에 띄었다. 매년 엄격해지는 연비∙배기가스 규제에 대응하기 위해 자동차업체는 EV나 플러그인하이브리드차(PHEV) 등의 라인업을 확충한다. 동시에 부품업체의 수주 전쟁이 과열되기 시작했다.

독일 Audi의 첫 양산 EV ‘e-tron’에 채용되는 선택을 받은 곳은 히타치오토모티브다. EV용 인버터를 공급한다. 히타치오토모티브의 기존 제품에서 출력 밀도를 160%로 높였다.

구체적으로는 파워반도체의 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터)를 쇄신했다. 출력 밀도를 높이면 발열 문제가 발생하지만, IGBT를 양면에서 냉각하는 기구를 만드는 것으로 대응했다. 인버터의 출력 밀도는 54.3kVA/L이다. 체적은 5.5L이며 질량은 8kg이다.

아이신정기(精機)는 전동파워유닛 ‘eAxle’의 양산을 19~20년에 시작한다. 모터와 인버터, 감속기(Transaxle)를 하나로 한 것이다. 이른바 기전 일체화로 콤팩트하게 설계할 수 있다는 점이 최대 특징이다. eAxle은 일체화하지 않은 것과 비교해 10~15kg 가볍게 할 수 있다.

아이신정기와 덴소는 50%씩 출자해 19년 4월에 BluE Nexus를 설립했다. eAxle의 개발과 적합, 판매를 담당한다. 다양한 EV 등에 대응할 수 있도록 출력 50k~300kW급의 제품을 준비한다.

내연 엔진용 부품을 전문으로 하는 미국 BorgWarner도 전동으로 시프트를 추진한다. eAxle의 양산을 중국의 EV업체에 공급을 시작한 것에 이어, SiC(탄화규소) 파워반도체를 사용한 차량탑재 충전기(On Board Charger)를 개발했다. 20년대 전반의 양산을 목표하고 있다.

-- 초급속 충전이 가능한 배터리 등장 --
전동차량용 부품에서는 이 외에도 배터리나 충전 관련 제안이 이어졌다.

가네카는 초급속 충전이 가능한 리튬이온 배터리 개발에 착수했다. 특징은 (1) 방전 심도 100%에서도 저온에서 수명이 길다, (2) 초급속 충전이라고도 할 수 있는 10분 전후에 충전이 가능하며, (3) Nail Penetration 시험에서도 발열, 발연, 발화가 없이 안전성이 높다는 점이다. 50C(약 1분 12초)에 충전 가능하도록 하는 것이 목표라고 한다.

가네카가 개발 중인 배터리는 부극의 활물질 재료에 리튬티탄산화물(LTO)을 이용한 것이다. LTO 부극을 이용한 배터리는, 충방전으로 부극에 덴드라이트(금속 표면 어느 한 부분에 비정상적으로 생성되는 나뭇가지 모양의 결정)가 잘 형성되지 않기 때문에 수명이 길고 안전성이 비교적 높다. 도시바의 배터리 ‘SCiB’와 같은 방향성이다.

배터리 케이스의 경량화를 제안하는 업체는 RYOBI다. 케이스를 가볍게 만든 만큼 배터리 셀을 많이 실을 수 있어 항속거리를 연장시킬 수 있다. 실용화를 노리는 것은 양산에 적합한 Aluminum Die Casting제 배터리 케이스다. 현행 배터리 케이스는 강판제다. 경량화와 더불어 냉각 성능의 향상도 기대할 수 있다. 알루미늄 합금은 열전도율이 높고 방열성이 뛰어나다.

대일본인쇄(DNP)는 EV 충전의 불편함을 줄이는 기술 개발에 착수한다. 무선급전시스템용 송수전 코일을 Photolithography 기술로 제조함으로써 두께(페라이트 포함)와 중량을 모두 기존의 약 1/4로 하는데 성공했다.

 -- 끝 --